• 유기물자원화
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• 제31권2호
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• pp.63-71
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• 2023

수계 내 질소의 증가는 부영양화나 녹조 및 적조현상을 유발하여 수계의 파괴 및 물의 자정능력을 저하시켜 전세계적으로 중요한 환경문제가 되었다. 수계 내 질소의 가장 일반적인 형태는 암모늄(NH₄⁺)이온의 형태로 폐수로부터 유입되는 가장 많은 부분을 차지하고 있으며 부영양화의 주요 원인이 되고 있어 암모늄 제거에 있어 적절한 처리 및 방안이 필요하다. 본 연구에서는 생장력이 좋은 바이오매스 중 하나인 수단그라스를 적용하여 바이오차를 생산하였으며, 200℃-400℃ 탄화 온도 조건 변화에 따른 과정에서 생성된 수단그라스 바이오차를 활용하여 암모늄 이온, 10~100ppm 농도 변화에 따른 흡착능력 분석하였으며, 이 결과를 통해 흡착제로써 활용 가능성을 평가하고자 하였다. 탄화반응으로 인해 수단그라스의 화학구조가 분해되면서 바이오차의 탄소 및 고정 탄소함량이 증가하였다. 바이오차의 pH는 탄화 온도가 높을수록 pH와 전기전도도가 높아지면서 전기전도도로 인해 양이온에 대해 높은 흡착 가능성을 보였다. 흡착실험 결과를 바탕으로 NH₄-N의 농도가 높아지면서 최대 54.5%, 최저 17.4%의 제거효율을 보였으며, 탄화 온도가 높을수록 바이오차의 기공 및 비표면적 증가로 인해 오염물질의 흡착이 용이해져 NH₄-N의 제거효율이 높아졌다. FT-IR 분석 결과, 탄화반응의 고온으로 인해 전체적인 표면 작용기의 감소가 나타났다.

• 환경생물
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• 제22권
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• pp.1-10
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• 2004

인간이나 환경에 해로운 영향을 주는 지속성 유기오염물질의 독성을 평가하기 위해서 염분과 온도에 대해 내성이 강한 Acartia 종들과 Artemia을 대상으로 실험하였다. 지속성 유기오염물질인 PAHs와 TBT에 대한 요각류의 독성을 평가하기 위해 3가지의 실험을 실시하였다. 1) 광양만에서 주로 나타나는 5가지 PAHs(anthracene, benzo〔a〕pyrene, fluoranthene, phenanthrene, pyrene)에 대한 A. omorii의 48h-LC$_{50}$ 을 구하였다. 2) Artemia를 이용하여 온도에 따른 benzo〔a〕pyrene과 TBT의 독성의 변화를 측정하였다. 3) PhMs중에서 독성이 강한 benzo〔a〕pyrene에 노출된 먹이를 섭취한 A. erythruea와 A. omorii의 난 생산, 부화율, 고형화된 배설물 양의 변화를 측정하였다. A. omorii에 대한 5가지 PAHs 중에서 fluoranthene (48 h-LC$_{50}$ 19.20 $\mu\textrm{g}$ L$_{-1}$)과 benzo〔a〕pyrene (48h-LC$_{50}$ 29.89$\mu\textrm{g}$ L$_{-1}$)의 독성이 강하게 나타났다. 온도실험에서는 동일한 유해물질을 가지고 실험을 하더라도 온도의 변화에 따라 급격한 독성의 차이가 나타날 수 있고, 유해물질 간에도 온도에 따라서 나타나는 독성에 대한 특성이 다르게 나타났다. 특히 15$^{\circ}C$에서는 TBT (9.982 $\mu\textrm{g}$ L$^{-1}$)의 독성이 benzo〔a〕pyrene (1,173 $\mu\textrm{g}$ L$^{-1}$)의 독성보다 약 100배 정도 더 독성이 강하게 나타났다. Benzo〔a〕pyrene에 노출된 먹이는 요각류의 난 생산, 부화율, 고형화된 배설물 양의 변화에 영향을 주었다. 특히 benzo〔a〕pyrene의 농도 증가는 요각류의 생산력 변동에 영향을 미칠 수 있는 것으로 사료된다. 본 연구는 요각류를 이용하여 해양생태계에 유입되는 지속성 유기오염물질에 대한 위험성을 알리는 지표생물로서 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권11호
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• pp.758-763
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• 2014

토양 내에서 유기성 오염물질은 혐기성 미생물에 의해 분해되지만 전자수용체의 부족으로 상당량이 토양에 잔류하게 된다. 토양미생물연료전지(soil microbial fuel cells, SMFC)는 전극을 통해 전자 소비를 증진시켜 유기물 분해를 촉진시키고 동시에 전력도 생산하기 때문에, 다양한 유기성 오염원으로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원시킬 수 있는 기술로서 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 전극간 거리와 전극 크기가 SMFC의 전기적 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 유기물이 풍부한 토양과 인공폐수 혼합물을 이용하여 SMFC를 단일반응조로 구성하였다. SMFC에서 발생된 전력량은 전극간 거리가 멀어지거나 전극 크기가 작아질수록 내부저항이 증가하여 감소하였다. 전극 크기는 $64cm^2$로 고정하고 전극간 거리는 4~9 cm로 변화를 주었을 때, 전극간 거리가 4 cm 조건에서 최대전압 326 mV, 최대전력밀도 $19.5mW/m^2$가 얻어졌고 거리가 멀어질수록 전압발생량은 19~32% 감소하고 최대전력밀도는 56~69% 감소하는 것으로 나타났다. 전극 크기 변화 실험에서는 전극간 거리를 4 cm로 고정하고 전극 크기를 $16{\sim}64cm^2$로 변화를 주었다. 두 전극 크기가 $64cm^2$ 조건에서 최대전압 291 mV, 최대전력밀도 $0.34mW/m^3$로 측정되었으며 산화전극 크기가 작아지면, 최대전압은 19~29% 감소하였고, 환원전극의 경우는 3~12% 감소하였다. 최대전력밀도는 산화전극이 작아지면, 49~68% 감소하였고, 환원전극이 작아지는 경우에는 29~47% 감소하였다. SMFC는 인공폐수와 토양 혼합물질을 반응기 내부물질로 사용하기 때문에, 전자 및 이온전달속도가 느려 환원전극 크기에 비해 산화전극 크기에 더 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.

• 생태와환경
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• 제56권4호
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• pp.281-302
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• 2023

탄소는 생명체의 구성 요소이자 기후변화에 중요한 역할을 하는 원소로, 생태계에서 다양한 형태로 순환한다. 기후변화가 생태계에 미치는 영향을 예측하고 대응하기 위해서는 탄소순환에 대한 정량적 이해가 필수적이다. 가속질량분석기를 이용한 생태계 탄소화합물의 방사성탄소동위원소비(Δ¹⁴C) 분석은 탄소순환 연구뿐만 아니라, 화석탄소 기원 오염원을 추적하는 환경과학, 환경공학 연구에도 세계적으로 널리 활용되고 있다. 우리나라에서도 여러 연구진에 의해 하천탄소, 강수, 수관통과우, 초미세먼지, 폐수처리장 또는 하수처리장 유출수에 포함된 탄소화합물의 Δ¹⁴C가 보고되었다. 연구 결과를 종합하면, (1) 우리나라 하천탄소의 양과 성분은, 크게 보면 암석과 토양의 풍화, 육상생태계 식생과 토양에 포함된 유기물의 유출 등 다양한 기원의 탄소화합물을 포함하며, 강수량에 따른 계절적 영향을 받는 것으로 이해할 수 있으나, 지역적으로는 산업단지의 폐수나 도시의 하수처리장 방류수 유입, 농업 등 토지 이용, 깊은 토양으로부터의 유출수와 지하수 유입 등 여러 요인에 의해 크게 달라질 수 있다. (2) 하천탄소에 영향을 줄 수 있는 우리나라 강수 용존유기탄소의 Δ¹⁴C도 보고되었고, 특히 겨울철에 이례적으로 Δ¹⁴C가 높았다. 국지적 오염 가능성을 배제할 수는 없으나, 이 연구 결과는 우리가 지금까지 생태계 탄소순환을 잘못 이해하고 있을 가능성을 내포하므로, 그 원인과 범위를 추적하는 후속연구가 필요하다. (3) 우리나라 산림의 수관통과우, 초미세먼지에 포함된 탄소화합물의 Δ¹⁴C를 분석하고 화석탄소의 기여도를 파악한 연구도 보고되는 등 ¹⁴C 분석 방법은 생태학과 환경과학 분야에서 새로운 시사점을 제시하는 데 활용되고 있다. 시료량과 성상에 따라 다르긴 하지만, 원소분석기와 연결된 소형 가속질량분석기를 이용하면 상대적으로 빠르고 저렴하게 시료 분석이 가능하므로, 앞으로 ¹⁴C 분석을 활용한 생태학과 환경과학 연구가 활발히 이뤄지길 기대한다. 성상별 ¹⁴C 분석 자료는 화석탄소 오염원을 추적하고 제거하는 방법을 제시하는 데 활용될 수 있을 뿐만 아니라 기후변화에 취약한 영역을 식별하고 적절한 대응 전략을 마련하기 위해서도 필요할 것이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권4호
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• pp.642-648
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• 2012

주암호 상수원 상류지역인 죽산천에 위치한 죽산천 인공 습지의 수생태학적 특성을 평가하기 위해 수질에서의 영양 염류 처리효율, 수생식물의 무기성분 흡수량 및 퇴적물내 화학적 특성을 평가하였다. 수질에서의 영양염류 처리효율은 COD와 SS를 제외하고 전반적으로 낮았다. 죽산천 인공 습지의 주요 우점종의 영양염류 흡수량을 조사한 결과, T-N 및 T-P 흡수량은 8월에 노랑꽃창포 > 수련 > 노랑어리 연꽃 순으로 최대흡수량을 나타내었다. 퇴적물내 O.M 함량은 시기별로 큰 차이가 없었고, T-N 및 T-P의 함량은 봄에서 여름으로 시기가 변함에 따라 낮아져서 겨울까지 낮은 함량을 유지하였다. 퇴적물내 microbial biomass C:N:P의 비율은 봄, 여름, 가을 및 겨울이 각각 117~140:1~4:1, 86~126:5~6:1, 68~101:2~6:1 및 47~138:2~4:1로 나타났다. 죽산천 인공습지는 질소와 인의 처리효율이 낮고, 겨울철 수질 정화효율이 낮아 습지의 정화효율 향상을 위한 개선이 필요할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제4권2호
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• pp.45-53
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• 1984

본(本) 연구(硏究)는 우리 나라에 있어서의 도시(都市)와 농촌(農村)의 비점원(非點源) 오염물질(汚染物質) 배출량(排出量)과 강우시(降雨時) 유출(流出)에 따르는 농도(濃度)의 양상(樣相)을 조사(調査)하였다. 주요분석항목은 COD, BOD, SS 이었으며 1981년(年) 5월(月)부터 8일(日)까지 수행(遂行)되었다. 도시지역(都市地域)의 비점원(非點源) 오염물질(汚染物質) 배출량(排出量)은 강우강도(降雨强度)와 강우지속시간(降雨持續時間) 등이 영향을 주었는 데 초기우수(初期雨水)에서 그 농도(濃度)는 유량(流量)이 증가(增加)함에 따라 높아지는 양상(樣相)을 띤다. 또, 집중강우시(集中降雨時) 유량(流量)이 급격히 증가(增加)하더라도 그 농도(濃度)는 희석되기 때문에 그만큼 증가(增加)하지 않는다. 최대강우(最大降雨) 이후(以後) 다시 새로운 강우(降雨)가 형성(形成)될 때 오염물질(汚染物質)의 농도(濃度)는 초기강우(初期降雨) 이전(以前)의 농도(濃度)보다 낮은 경우가 있는데 이것은 하수천(河水川) 및 하수거(下水渠)에 침적된 오염물질(汚染物質)이 강우(降雨)에 의해 씻어 내려갔기 때문이다. 그러나 최대유량(最大流量) 이후(以後) 초기강우(初期降雨)보다 큰 강우강도(降雨强度)가 지속(持續)되는 경우에는 유량(流量)이 증가(增加)함에 따라 오염물질(汚染物質)의 농도(濃度)가 증가(增加)한다. 도시지역(都市地域)의 강우시(降雨時) 면적당(面積當) 비점원(非點源) 오염물질(汚染物質)의 배출량(排出量)은 COD 489.9~1.328 kg/ha/yr로 평균(平均) 690.5 kg/ha/yr이고, BOD 226.8~614.8 kg/ha/yr로 평균(平均) 319.7 kg/ha/yr이고, SS 589.7~1,598.5 kg/ha/yr로 평균(平均) 831.2 kg/ha/yr로 산출된다. 농촌지역(農村地域)에서는 침전(沈澱)되었던 생활하수(生活下水), 퇴비 침출수 및 기타 농업폐기물(農業廢棄物) 등에 의해서 오염물질(汚染物質)이 흘러나온다. 논의 경우 면적당(面積當) 비점원(非點源) 오염물질(汚染物質) 배출량(排出量)은 COD 21.7~114 kg/ha/yr로 평균(平均) 62.34 kg/ha/yr이고, BOD 9.53~34.5 kg/ha/yr로 평균(平均) 18.65 kg/ha/yr이며, SS 8.35~29.57 kg/ha/yr로 평균(平均) 16.12 kg/ha/yr로 나타났다. 한편, 경작지의 경우 COD 46.3~171.8 kg/ha/yr범위로 평균(平均) 91.9 kg/ha/yr이고, BOD 11.7~42.5 kg/ha/yr범위로 평균(平均) 22.98 kg/ha/yr이고, SS 11.4~43.4 kg/ha/yr범위로 평균(平均) 23.09로 나타났다. 축산지역(畜產地域)의 오염물질(汚染物質)은 강우시(降雨時) 가축(家畜) 및 청소수(淸掃水), 퇴비국물에 기인한다. 면적당(面積當) 비점원(非點源) 오염물질(汚染物質) 배출량(排出量)은 COD 2,489~6,658 kg/ha/yr로 평균(平均) 3,804 kg/ha/yr이고, BOD 464~2,900 kg/ha/yr로 평균(平均) 2,047 kg/ha/yr이며, SS 729~1,442 kg/ha/yr로 평균(平均) 1,149 kg/ha/yr로 나타났다. 산림지역(山林地域)의 오염물질(汚染物質)은 강우시(降雨時) 나뭇잎이 퇴적되어 형성(形成)된 유기물층(有機物層)으로부터, 침출수(浸出水)가 씻겨져 내려오는 경우이다. 면적당(面積當) 비점원(非點源) 오염물질(汚染物質)의 배출량(排出量)은 COD 5.45~18.56 kg/ha/yr로 평균(平均) 9.86 kg/ha/yr이고, BOD 1.67~7.54 kg/ha/yr로 평균(平均) 3.48 kg/ha/yr이며, SS 9.74~10.35 kg/ha/yr로 평균(平均) 4.64 kg/ha/yr로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권6호
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• pp.413-419
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• 2011

본 연구에서는 TCE 등의 유기오염물질로 오염된 현장의 지하수를 처리하기 위한 반응매질로써 나노영가철(nanoscale zero valent iron, NZVI)의 적용성을 평가하기 위해 수행되었다. 오염현장에서는 TCE 외에 음이온($NO_3^-$, $Cl^-$, $SO_4^{2-}$, $HCO_3^-$)과 자연유기물질(natural organic matter, NOM)이 검출되었으며 상업용 나노영가철(NANOFER 25, Nanorion)을 이용하여 모의, 현장 지하수를 처리하고 그 결과를 분석하였다. TCE만을 고려한 처리실험에서 25 g/L의 NANOFER 25는 1.8 mM TCE를 약 20시간에 95% 이상 처리하였으며($k=0.15hr^{-1}$), TCE 반복주입을 통해 평가한 NANOFER 25의 반응용량은 0.19 mmole TCE/g NZVI인 것으로 나타났다. 음이온은 개별 음이온의 농도는 반응성에 큰 영향을 주지 않았으나 4가지 음이온을 모두 포함하는 오염현장의 평균농도로 제조한 모의지하수처리 시 유사 1차속도상수(k)가 $0.069hr^{-1}$로 60% 감소하였으며 총 반응용량은 10% 감소하였다. 용존성 유기물(DOC)를 기준으로 한 유기물의 현장 평균농도에서는 반응속도상수가 $0.025hr^{-1}$로 84%까지 감소하는 것도 확인할 수 있었다. 오염현장에서 최고의 TCE 농도($1.8{\mu}M$)를 가지는 현장지하수를 이용하여 처리하였을 때는 TCE 농도가 낮아 25 g/L의 NANOFER 25를 사용하여 10시간 내 90% 이상의 TCE를 분해할 수 있었다. 본 연구결과와 현장 오염지하수에 대한 수리, 지질학적 조사결과를 접목할 경우, 향후 효율적인 현장 지하수처리 결과를 도출할 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제2권2호
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• pp.53-68
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• 1997

인공적으로 조성된 시화호는 현재 부분적인 해수혼입을 제외하고는 해수의 순환이 차단된 폐쇄 환경을 이루고 있으며 끝막이 공사 후 6 m 이심에 갇혀있는 잔존 저층해수로 인하여 수직적으로 강력한 염분 의존형 밀도 성층에 의한 2층 구조(two-layered system)를 보이고있다. 이러한 물리적 조건에서 시화호 주변의 6개 주요 하천으로부터 유입되는 막대한 양의 유기물질 및 암모니아염은 시화호의 저산소 및 무산소 환경을 가속화시키고 있으며 이에 따라 시화호의 생지화학적 환경은 흑해(Black Sea)와 같이 전 계절을 통하여 6 m 부근 심도의 밀도경사면을 상하로 뚜렷한 산화와 환원 환경으로 나뉘어지고 있다. 본 연구는 이러한 인위적 환경에서 나타나는 여러 유, 무기 화합물과 원소의 생지화학적 분포특성과 종분화 그리고 과정에 대하여 산화-환원 경계면을 중심으로 다루고자 하였다. 연구 결과 용존산소는 유기물이 축적되어 있는 밀도 경계면 이심의 저층 잔존 해수층에서 고갈되어 있으며 이에 띠라 약 1억톤에 달하는 저층 해수수괴가 환원환경을 이루고있다. 질산염과 아질산염은 산화 환경인 저염의 표층에서 높게 나타났고 환원 환경인 고염의 저층에서는 급격히 감소하여 나타났다. 반면 암모니아염은 저층수괴에서 75에서 360 ${\mu}M$에 이르는 매우 높은 농도를 보이는데 이는 저층으로 침강 유입된 유지불의 혐기성 분해에 따른 ammonification이 주된 원인으로 보인다. 1996년 4월부터 8월까지 약 3억톤의 시화호 내 표층수가 연안으로 방류되고 상당량의 외해수 혼입에도 불구하고 시화호 내 저층수의 환원환경이 유지 또는 가속화되는 주된 원인은 저층의 잔존 해수수괴에 trap 된 침강 유기물의 산소 소비 속도와 제한적으로 공급되는 산소공급이 불균형을 이루고 있기 때문이다. 시화호의 수질 환경면에서 볼 때 현재와 같이 2층구조의 염분도의존형의 밀도 성층이 유지되는 한 사화호 수질의 개선 전망은 밝지 못한 것으로 판단된다.

• 미생물학회지
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• 제51권2호
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• pp.97-107
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• 2015

육상과 수계의 전이지대에 위치한 습지는 빈번한 침수, 육상생태계로부터의 영양염류의 유입, 수계와 토양에 적절하게 적응된 식생의 존재 및 토양 내 산소 결핍과 같은 독특한 특징을 가지고 있다. 이러한 생지화학적 특성과 독특한 식생의 존재는 유기물의 분해과정에 물리적 화학적 영향을 미치고 있는데, 특히 미생물에서 생산되는 체외효소 활성도는 유기물의 분해 과정과 관련을 맺고 있다. 체외효소는 고분자 유기물을 간단한 형태의 유기탄소, 무기 질소, 인, 황으로 분해하여 미생물과 식물이 용이하게 이들 영양물질을 흡수할 수 있도록 도움을 주기 때문에, 체외효소에 대한 연구는 습지 토양 내에서의 유기물 분해와 물질순환의 기작을 이해하는 데 필수적인 요소이다. 본 연구는 습지 토양 내 ${\beta}$-glucosidase, ${\beta}$-N-acetylglucosaminidase, phosphatase, arylsulfatase, phenol oxidase와 같은 체외 효소활성도에 영향을 미치는 물리적 생지화학적 요소가 무엇인지 문헌연구를 통하여 고찰하였다. 물리적 요소로써, pH와 유기물의 입자 크기는 체외효소 활성도에 크게 영향을 미치지 않았으나, 온도에 대한 영향은 미생물의 극한 온도에서의 적응성 정도에 따라 다양하게 나타났다. 화학적 요소로써, 탄소, 질소, 인의 첨가는 습지 토양의 영양상태, C:N 비율과 제한 요소, 및 체외효소의 종류에 따라 그 영향이 다양하게 발현되었다. 특히, 유기물의 기질 특성(Substrate quality)은 다른 어떤 요소보다도 체외효소 활성도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 향후 연구 과제로써는 기후 변화와 질소 침적의 증가에 따른 효소 활성도의 변화 및 분자생물학적 접근을 통한 미생물 군집과 체외효소 기능간의 관계를 규명하는 연구가 필요하다. 또한, 습지 토양내 체외효소 활성도를 극대화 할 수 있는 환경을 조성함으로써, 앞으로 습지 토양이 오염물질을 제거하고 습지의 생태학적 기능을 최대화 할 수 있는 연구가 요구된다.

• 미생물학회지
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• 제49권2호
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• pp.137-145
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• 2013

유기성 오염원(생활하수 처리시설 방류수) 유무에 따른 질화 세균의 변화를 알아보기 위해 낙동강의 2 조사수역에서 다양한 형태의 질소(T-N, $NH_4$-N, $NO_2$-N, $NO_3$-N) 농도를 측정하였고 조사 수역에 있는 질화세균 종류를 확인한 후, fluorescent in situ hybridization (FISH)법으로 질화세균 수를 정량 평가하였다. 즉 암모니아 산화세균의 종류는 amoA 유전자, 그리고 아질산 산화 세균인 Nitrobacter sp.는 SSU 16S rDNA 특정 기호서열을 목표로 한 PCR-DGGE를 수행한 후 염기서열 분석으로 그들이 각각 Nitrosomonas sp., Nitrobacter sp.임이 확인됨에 따라 그에 상응하는 gene probe, NSO190와 NIT3을 사용해 FISH법을 수행하여 각 수역의 질화세균수를 비교하였다. 아울러 전반적인 세균학적 수질을 모니터링하기 위해 수계에 많은 ${\alpha}{\cdot}{\beta}{\cdot}{\gamma}$-Proteobacteria도 FISH법으로 검출하였다. ${\alpha}{\cdot}{\beta}{\cdot}{\gamma}$-Proteobacteria 분포도와 모든 유형의 질소 측정 결과에 따르면 정점 1 보다 정점 2의 유기물 오염도가 높다고 할 수 있었다. 이에 상응해 NSO160과 NIT3로 검출한 평균 질화세균수도 정점 1 (암모니아산화세균, $7.8{\times}10^5$; 아질산산화세균, $0.8{\times}10^6$ cells/ml)보다 정점 2 (암모니아산화세균, $9.3{\times}10^5$; 아질산산화세균, $1.6{\times}10^6$ cells/ml)에 더 많았고 그들이 총세균수에서 차지하는 평균 비율(%) 역시 정점 1 (NSO190, 18%; NIT3, 23%)에 비해 정점 2 (NSO190, 27%; NIT3, 34%)에서 높았다. 따라서 유기오염도가 낮은 상수원수 취수장 인근 수역인 정점 1 보다 생활하수처리시설 방류수로 인해 유기성 오염원이 상존하는 정점 2에서의 질화작용이 더 활발하다고 결론지을 수 있었다.